卫星通信系统2次培训

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1、 卫星通信系统内容n一、卫星通信概述n二、卫星通信的历史n三、卫星通信系统的组成n四、通信卫星的工作过程n五、卫星移动通信系统n六、移动卫星通信的频谱划分n七、卫星通信中的电波损耗n八、卫星移动通信的评价n九、卫星互联网技术一、卫星通信概述什么是卫星通信n卫星通信是指利用人造地球卫星作为中 继站转发无线电信号，在多个地面站之 间进行的通信卫星通信优点n远：卫星通信的距离远。n同步通信卫星可以“看”到地球最大跨度达一万 八千余公里。在这个覆盖区内的任意两点都可 以通过卫星进行通信，n微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一 颗同步通信卫星的覆盖距离相当于三百多个微 波中继站。卫星通信优点（续）

2、n多：指通信路数多、容量大。n一颗现代通信卫星，可携带几个到几十 个转发器，可提供几路电视和成千上万 路电话。卫星通信优点（续）n好：指通信质量好、可靠性高。n卫星通信的传输环节少，不受地理条件 和气象的影响，可获得高质量的通信信 号。n总结为远、多、好、活、省卫星通信优点（续）n活：指运用灵活、适应性强。n它不仅可以实现陆地上任意两点间的通 信，而且能实现船与船，船与岸上、空 中与陆地之间的通信，它可以结成一个 多方向、多点的立体通信网。卫星通信优点（续）n省：指成本低。n在同样的容量、同样的距离下，卫星通 信和其他的通信设备相比较，所耗的资 金少，卫星通信系统的造价并不随通信 距离的增加而

3、提高，随着设计和工艺的 成熟，成本还在降低。广播卫星的技术要求n1、必须是对地静止的，以便观众使用简 单，无需跟踪卫星而且定向性强的接收 天线；n这不仅要求使用赤道同步卫星，还要求 卫星能精确地保持它在轨道上的位置和 姿态。 广播卫星的技术要求（续）n2、必须有足够的有效辐射功率，以简化 地面接收设备。n在覆盖面积较大，波束为2左右的情况 下，个体接收卫星电视广播所需的转发 器发射功率是几百瓦，集体接收方式所 需的是几十瓦。 广播卫星的技术要求（续）n4、重量应保证工作需要，并在此前提下 尽量减轻，以节约发射费用。n为此，星上各分系统所用的材料比重要 小，耗电部分应尽可能提高效率，以减 轻整个

4、星体重量。n已发射的以及近期内将要发射的广播卫 星的重量，大体在30008000公斤之间 。广播卫星的技术要求（续）n3、必须有足够长的使用寿命和可靠度， 以降低停播率，并避免经常更换卫星所 带来的停播和浪费。n为此要求卫星使用长寿命、高可靠度的 元件、部件，并必须设置星上备份部件 、备份转发器，及发射备份卫星。目前 的广播卫星设计寿命为57年。 二、卫星通信的历史低轨道卫星阶段n1、1957年10月4日前苏联成功发射了第一颗人造地球卫星 ；n2、1958年12月美国发射了“斯科尔”（SCORE）广播试验卫 星，进行磁带录音信号的传输；n3、1960年8月，美国发射了“回声”（ECHO）无源发

5、射卫星 ，首次完成了有源延迟中继通信；n4、1962年7月美国发射了“电星一号”（TELESTAR-1）低轨 道通信卫星，在6GHz/4GHz实现了横跨大西洋的电话、电 视、传真和数据的传输，奠定了商用卫星通信的技术基础 ；n5、1962年11月美国发射了“中继1号”（RELAY-1）低轨道 卫星，完成了横跨太平洋的美、日之间的电视传播；低轨道卫星n由于火箭推力有限，卫星高度均没有超过1万公里，它 们围绕地球转一圈的时间为几个小时；n对于地球上的观察者而言，卫星总是不停地围绕地球 旋转；为了接收来自卫星地信号，地球站的天线要不 停地跟踪卫星；n当卫星转到地球的另一侧的时候，地球站只有暂停工 作

6、，等待再一次转到这一侧的时候继续跟踪；n卫星相对地球站存在相对运动，由此产生的多普勒效 应（在以后的文章中会介绍）使接收频率发生变化， 导致设备的复杂化。同步卫星n6、1963年7月美国发射“辛康2号”（SYNCOM-）卫 星，其轨道高度升高后，可使卫星在赤道上空绕地球 一周的时间与地球自转一周的时间相等；n7、1964年10月该卫星向全世界转播了东京奥运会的 实况。n8、1965年前苏联发射了“闪电”（MOLNIYA）同步卫 星，完成了苏联和东欧之间的区域性通信和电视广播 。n至此，经过通信卫星的试验，使卫星通信的实用价值 得到了广泛的承认。 同步卫星n同步卫星使建立稳定的通信线路才成为现实

7、，至此卫 星通信作为现代通信方式取得了稳固的地位。组织n9、1964年8月商用的卫星临时组织成立;n10、1973年2月更名为国际通信卫星组织（INTELSAT ）；移动卫星业务n11、1976年 “海事卫星1号”（MARISAT-1）发射到大 西洋上空；n12、1979年 “国际海事卫星组织”（INMARSAT）成立 ；我国的卫星通信发展n1、1970年4月，我国成功发射了第一颗卫星；n2、1984年4月，我国成功发射第一颗试验用“同步通信 卫星”STW-1（即东方红二号）；n3、1986年2月，我国用长征3号火箭成功发射第二颗“ 实验通信卫星”STW-2；n4、1988年3月，我国用长征3

8、号火箭发射成功第一颗“ 实用通信卫星”；n5、1988年12月又发射了“东二甲2”卫星，说明我国 的卫星通信技术已经迈入国际领先领域；三、卫星通信系统的组成卫星系统功能方框卫星的主要设备包括下列七大系统n1）位置与姿态控制系统n2）天线系统n3）转发器系统n4）遥测指令系统n5）电源系统n6）温控系统n7）入轨和推进系统1）位置与姿态控制系统n卫星漂移：n从理论上讲，静止卫星的位置相对于地球说是静止不 动的；n当太阳、月亮的辐射压力发生强烈变化时，由于他们 所产生的对卫星的干扰，也往往会破坏卫星对地球的 相对位置；控制卫星姿态n星上定向天线的波束必须永远指向地球 中心或覆盖区的中心；n定向波束

9、只有十几度或更窄，波束指向 受卫星姿态变化的影响相当大；n卫星距离地球表面有36000KM，姿态差 之毫厘，将导致天线的指向谬之千里。n太阳电池的表面必须经常朝向太阳，所 有这些都要求对。2）天线系统n卫星的天线系统包括通信天线和遥测指 令天线，分别采用消旋天线和全向天线 。n要求两种天线： 体积小、重量轻、可靠性高，寿命长、 增益高、波束永远指向地球。3）转发器系统n空间转发器系统是卫星的主体。n实际上是一部高灵敏度的宽带收发信机 。其功能就是以最小的附加噪声和失真 以及尽可能高的放大量来转发无线信号 。4）遥测指令系统n主要任务是把卫星上的设备工作情况原 原本本地告诉地面上的卫星测控站；n

10、忠实地接收并执行地面测控站发来的指 令信号。5）电源系统n现代卫星的电源同时采用太阳能电池和 化学电池；n要求电源系统体积小、重量轻、效率高 、寿命长。6）温控系统n使卫星内部和表面温度保持在允许的范 围内，否则将影响星上的电子设备的性 能和寿命，甚至会发生故障。n在卫星壳体或天线上温差过大的时候， 往往产生变形，对天线的指向以及传感 器精度以及喷嘴的方向性等都会带来不 良影响。7）入轨和推进系统n静止卫星的轨道控制系统主要是由轴向和横向两个喷 射推进系统构成的。n轴向喷嘴是用来控制卫星在纬度方向的漂移，横向喷 嘴是用来控制卫星因环绕速度发生变化造成卫星的在 经度方向的漂移。n喷嘴是由小的气体

11、（一种气体燃料）火箭组成的，它 的点火时刻和燃气的持续时间由地面测控站发给卫星 的控制信号加以控制的。n推进系统的另一职能是采用自旋稳定、 重力梯度稳定和磁力稳定等方法对卫星 进行姿态控制。自旋控制自旋控制n卫星被送上天时，在与火箭分离之前由 火箭中的一个旋转装置使它以每分钟10 100转的速度旋转。n旋转的卫星好像陀螺一样，旋转轴始终 指向一个方向，就不会随意翻滚了。n装在卫星轴上的天线，却不能随着星体 转，所以要装上一个消旋装置，使天线 稳稳地瞄准地球。地面卫星接收系统n因为卫星转发器的体积、重量收到严格限制， 转发器的发射功率一般在几十瓦至一百多瓦。n经过三万六千公里的传输到达地面，信号

12、衰减 很大，同时混入了各种噪声。n为了接收如此微弱的信号，卫星地面接收站必 须采用方向性很强的天线来收集信号能量，并 通过低噪声微波放大器（LNB）的放大、变换 ，1. 卫星地面接收天线n卫星转发器发射的信号功率传输到地面的电波能量非 常微弱，因此必须采用大口径的抛物面天线。n它可以将天线各点的能量聚集到一点（即下图中的焦 点F），如果在这点上安装一个馈源，则可提供足够的 信号给高频头。n天线的口径越大，收集到的信号能量就越多，电视画 面就越清晰。n通常用天线增益GR来表示其收集能量的程度，例如天 线的口径为1.8米，对于C波段而言，GR35dB，对于 Ku波段而言，GR44.5dB；而3米的

13、天线，则分别为 39.5dB和48.5dB。2. 低噪声高频头（LNB）n为了减少信号能量的损失，通常将LNB（低噪 声放大器和降频器，即高频头）与天线馈源装 在一起，置于抛物面天线的焦点处。n它的作用是预先将非常微弱的微波信号先进行 放大、混频，变成第一中频（9502150MHz ），然后通过一根高频电缆引到室内的卫星接 收机（称室内单元）或卫星接收卡，经放大、 变换处理，便可输出给电视机接收卫星电视节 目或输出给计算机接收数据。四、通信卫星的工作过程卫星通信系统组成n由通信卫星和地面部分通信地面站 两大部分构成通信卫星工作的基本原理n通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的 通信中继站。n它居高

14、临下，视野开阔，只要在它的覆 盖照射区以内，不论距离远近都可以通 信，通过它转发和反射电报、电视、广 播和数据等无线信号。工作的基本原理n地面站1发出无线电信号，n这个微弱的信号被卫星通信天线接收，n在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，n再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新 发向地面站2，n从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通 信。一个简单的例子n北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的 另一用户打电话:n先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与 卫星通信系统中的北京地面站连通，n地面站把电话信号发射到卫星，n卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号 放大再转发到大西洋彼岸的地面站，n地

15、面站把电话信号取出来，送到受话人所在的 城市长途电话局转接用户。电视节目的转播n与电话传输相似;n由于各国的电视制式标准不一样，在接 收设备中还要有相应的制式转换设备， 将电视信号转换为本国标准。其他业务n电报、传真、广播、数据传输等业务与 电话传输过程相似，n不同的是需要在地面站中采用相应的终 端设备。五、卫星移动通信系统卫星移动通信系统n按其应用来分，n按他们所采用的技术手段来分一） 按应用分类n海事卫星移动系统（MMSS）、n航空卫星移动系统（AMSS）n陆地卫星移动系统（LMSS）。海事卫星移动系统n主要用于改善海上救援工作，n提高船舶使用的效率和管理水平，n增强海上通信业务和无线定位

16、能力。航空卫星移动系统n主要用于飞机和地面之间为机组人员和 乘客提高话音和数据通信陆地卫星移动系统n主要用于为行驶的车辆提供通信二） 按轨道分类n通信卫星的运行轨道有两种:n低或中高轨道。n同步定点轨道低或中高轨道n在这种轨道上运行的卫星相对于地面是 运动的。n它能够用于通信的时间短，卫星天线覆 盖的区域也小，并且地面天线还必须随 时跟踪卫星。同步定点轨道n高达三万六千公里的，即在赤道平面内 的圆形轨道；n卫星的运行周期与地球自转一圈的时间 相同，在地面上看这种卫星好似静止不 动，称为同步定点卫星；n覆盖照射面大，三颗卫星就可以覆盖地 球的几乎全部面积，可以进行二十四小 时的全天候通信。三） 按频率分类n按照卫星所使用的频率范围将卫星划分 为L波段卫星，Ka波段卫星等等。四） 按服务区域分类n按服务区域划分，有全球、区域和国内 通信卫星。全球通信卫星n服务区域遍布全球的通信卫星，这常常 需要很多卫星组网形成。 区域卫星n仅仅为某一个区域的通信服务国内卫星n范围则更窄，仅限于国内使用，其实各种分 类方式都是想将卫星的某一特性更强地体现 出来，以便